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1、气闸舱概论气闸舱是航天员太空行走时进出太空的“门户”。气闸舱的英文是Airlock，直译是气闸。气锁或气塞，是供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。它是指居于两个大气压力不同的空间之间的一个舱室，舱室两边装有两扇不透气的门，目的是防止两个空间之间的气体交流。1气闸舱的作用从载人飞船上进行太空行走一般都不需要气闸舱，虽然苏联的“上升2号”飞船上有气闸舱，但苏联和美国的其他飞船上并没有气闸舱。不过从航天飞机和空间站上进行太空行走必须有气闸舱。为什么载人飞船上可以没有气闸舱，而航天飞机和空间站上必须有气闸舱呢？这是因为载人飞船座舱内航天员的活动空间比较小，其中双子星座飞船仅有 2.55立方米，
2、阿波罗飞船为6.17立方米。在太空行走时，打开舱门，座舱减压到零，让航天员出舱，当航天员完成太空行走回来后，再关上舱门，重新给座舱加压，不会浪费太多的氧气。而且每次飞行中航天员从飞船上进行太空行走的次数也不多，因此完全可以不用气闸舱。但从空间站上进行太空行走则不同，空间站内航天员的活动空间一般都是比较大，如天空实验室为361立方米，国际空间站为908立方米。空间站上如果没有气闸舱，在航天员太空行走时要将舱内的空气全部放空，当航天员回来后又要重新加压，将会造成极大的气体浪费。何况航天员在空间站上一般要进行多次太空行走，因此从空间站上进行太空行走，必须要有气闸舱。航天飞机乘员舱内的空间也比较大，因
3、此也需要设气闸舱。2气闸舱结构与原理要进行太空行走首先要使用的一个重要设备是气闸舱，它是航天员出舱活动的门户，有两个作用：一是在打开舱门时防止舱内的气体泄露，二是在航天员出舱前对大气压力进行调节。气闸舱有两个气闸门，一个与密封座舱连接，称内闸门；另一个是可通向太空的外闸门。闸门的启闭可用电动机构，也可手动。气闸舱内设有闸门控制台。开启闸门前的给气排气装置。通信和照明设备，以及航天员出 舱活动穿的航天服。闸门的启闭必须十分小心和熟练，避免漏气危险。航天员出舱进入太空活动前，在座舱内穿好航天服，走出内闸门后关闭内闸门，把气闸舱内空气抽入座舱内，当气闸舱内和外界空间的压力相等时才能打开外闸门进入太空
4、。航天员返回气闸舱时按相反的顺序操作：关闭外闸门，把座舱内的空气泵入气闸舱，待两者压力相等时，打开内闸门，航天员就可进入座舱内。外闸门的气密性绝对可靠是气闸舱工作的基本条件，闸门的启闭须十分小心和熟练，避免漏气很重要，否则极危险。苏联“上升” 2号载人飞船首先应用了气闸舱，航天员.列昂诺夫利用它走出舱外，进入太空。由于美俄舱外航天服存在差异，所以从俄罗斯舱段出舱必须穿俄制航天服，从美国航天飞机出舱要穿美制航天服。不过，从采用特殊设计的国际空间站“探索号”气闸舱出舱，穿美俄两种舱外航天服皆行。空间站内的大气压力为1个大气压，即101.4千帕，而美制舱外航天服内的压力是29.6千帕，如果航天员在舱
5、内穿上航天服，从高压环境很快转为低压环境，就会患减压病。如果在气闸舱内，高低压环境之间有一个过度，再加上预吸氧，就可以预防减压病的发生。3气闸舱的设计要求气闸舱设计的关键是舱门，因此对气闸舱的设计要求重点是对舱门的设计要求。以下是美国航宇局对航天飞机和“国际空间站”气闸舱设计提出的一般设计要求和对舱门的设计要求。对气闸舱的一般设计要求：(1)气闸舱内的容积应满足航天员完成各种出舱活动任务的需要；(2)气闸舱能给出舱活动航天服的生命保障系统补充消耗品；提供维修。保养和测试航天服的设备；同时还有存放航天服的空间和设施；(3)气闸舱应提供航天员工作或穿行的扶手和脚限制装置；(4)气闸舱内的所有设备都
6、能容许穿着航天服的航天员操作和使用。对气闸舱舱门的设计要求：(1)气闸舱舱门的尺寸应保证穿着航天服的航天员方便进出；(2)气闸舱的设计应提供对舱门密封性的检查和测试手段；在舱门的两边应分别提供一个压差指示计；(3)舱门上应设有观察窗，供航天员观察舱内的减压情况；(4)在舱门上的插销失灵时，应有打开舱门的应急措施和办法；(5)舱门应能从门的两边都能锁上和打开；(6)当气闸舱的内部压力低于外部压力时，舱门不能被压力自动推开；(7)在紧急状态下舱门也能关上；在紧急状态下如果舱门被卡住，用手协助将舱门强行打开的力不能超过441N；(8)在打开和关闭舱门时，为了防止身体移动应提供必要的限制设备；(9)舱
7、门设计应该既能耐受高压负荷，又不要过于笨重而导致操作不便；(10)舱门的开关和控制装置应能让穿着航天服的航天员用手方便地操作和使用；(11)舱门应开向压力较高的一边，利用压力的作用使其自然密封，而且又提高可靠性；(12)当一名穿着航天服的航天员受伤或生病时，舱门应容许穿着航天服的另一名航天员将其营救出来。4国际空间站气闸舱“国际空间站”上使用的是名叫探索号的联合气闸舱。这种气闸舱既能提供给穿着美国出舱活动航天服的航天员使用，又能给俄罗斯的穿着海鹰-M型航天服的航天员使用。联合气闸舱是于2001年7月才与“国际空间站”的节点-1舱对接上。联合气闸舱长6米，直径3.9米，重6500千克，舱内增压容
8、积为27立方米，有2个系统机柜和2个储存机柜，用于航天员进行舱外活动时保持舱内压力。该气闸舱由两部分组成：人员气闸舱和装备气闸舱。人员气闸舱供美、俄航天员出舱活动用；装备气闸舱除用来存放航天员出舱活动用的各种装备外，还供航天员在里面预吸氧。人员气闸舱内有照明和脐带式接口装置。这种脐带式接口装置固定在气闸舱的舱壁上，通过“脐带”可以同时给两套航天服供水。回收废水、供氧。供电和通信联络。在气闸舱的舱门打开之前，舱内压力先下降到20.7千帕，然后再降到零。这时服装内的压力为29.6k帕斯卡。装备气闸舱还可供航天员对服装进行定期保养维修，因此舱内有各种维修保养用的工具和设备。在没有这种气闸舱之前，美国
9、航天员只能使用航天飞机(对接以后)的气闸舱或俄罗斯星辰号服务舱上的过渡舱进行出舱活动。但由于两个服装系统之间的设计差异，美国的服装不能使用俄罗斯的服务舱。星辰号服务舱是在2000年7月被发射上去与“国际空间站”对接的，重19000千克，长13。舱内分3个部分：前端为一较小的球形过渡舱，它有两项功能，其一是作对接舱用，其二是作气闸舱用，俄罗斯航天员即从这里出舱；中间是一个巨大的圆筒形工作舱；后端是一个圆筒形过渡舱。球形过渡舱上有3个小观察窗口，每个直径为0.23。航天员在出舱活动期间，星辰号服务舱还向地面飞行控制中心提供数据、声音和电视信息。 5和平号上的气闸舱和平号空间站上的气闸舱位于“量子-
10、2”舱内。“量子-2”舱重 19600千克，直径 4.35米，长 13.7米，内部可供使用的容积为 61.3立方米。舱内又分成 3 个舱：气闸舱。中央科学仪器舱。基础服务与货舱。气闸舱在“量子-2”舱向外的一端，内有一个直径为1米的舱口，能够容许穿着出舱活动航天服和载人机动装置的航天员通过。中央科学仪器舱也有舱门，可以密封和减压，因而可以作为备用气闸舱或气闸舱的扩大部分。除了供出舱活动外，气闸舱内还是存放载人机动装置和航天服的“仓库”。“量子-2”舱 1989 年才加到和平号空间站上。在这之前航天员是通过仅有0.8米直径的对接舱口出舱。6天空实验室气闸舱 在天空实验室上美国航宇局首次安装有气闸
11、舱。不过天空实验室的气闸舱是一个“多用途”气闸舱，该舱有3个用途：其一是作为航天员太空行走的一个门户；其二是放置天空实验室的一些系统及其控制装置，在舱内除了气闸外还有天空实验室的通信系统、数据中心、电力供应系统、环境控制系统、故障警报系统及其控制装置；其三是作为天空实验室的一个结构件，将轨道工场与可重复使用的对接装置连接起来。气闸舱呈圆筒形，长5.4米，基本直径3.1米，最大直径6.55米，重225千克，舱内航天员活动空间为17.66立方米。气闸舱主要由两个同轴的大圆筒组成，在发射时为了与轨道工场的大直径相匹配，外圆筒的外边还有一个有效载荷防护罩。外圆筒也是阿波罗望远镜系统的支持结构，就像一个
12、“专用底座”，复杂的阿波罗望远镜系统有一部分就架设在外圆筒上。内圆筒才是真正的气闸舱，同时又是连接轨道工场与多重对接装置的一个通道。通道两端分别有一个舱门，当气闸舱减压时可以关闭上。此外在气闸舱的舱壁上还有一个舱门，航天员通过此舱门进行太空行走。在太空行走时，先将两端的舱门关闭上，气闸舱减压，侧舱门打开，航天员出舱；航天员完成太空行走任务后返回时，关闭侧舱门，气闸舱加压，两端的舱门又重新打开，航天员回到轨道工场。 在外圆筒和内圆筒之间的连接支架上放置着12个高压气瓶，其中6个氧气瓶和 6个氮气瓶，用于向轨道工场内提供大气。 7航天飞机气闸舱美国航天飞机的气闸舱是比较标准的气闸舱：第一、它为航天
13、员出舱活动专用；第二、它代表着气闸舱的现代设计水平；第三、它的功能比较完善。航天飞机气闸舱位于航天飞机乘员舱的中层甲板舱里面，内部直径1.58米，长2米，内部容积4.2立方米，能同时容纳两名穿着航天服的航天员。它的前后有两个压力密封的舱门，内舱门与中层甲板舱相通，其作用是将气闸舱与航天飞机轨道器的乘员舱分隔开，在航天员进行出舱活动时保证乘员舱内不会发生减压；外舱门与航天飞机的货舱相通，其作用是将气闸舱与货舱隔开，通过此舱门航天员即可进入货舱。舱门呈D字形，直径为1米，具有以下特点：舱门的两边都能锁上和打开；使用寿命达2000次；身穿航天服的航天员用一只手就能打开和关闭；在前后方向上能耐受20g
14、的冲击力；压差在1.38千帕时仍能打开舱门；开关的手柄最大能承受132.3N的力。航天飞机气闸舱主要用于航天员出舱活动时的减压和重新加压，维修出舱活动装备和补充消耗品，给液冷服中的冷却水散热，出舱活动装备的测试，航天员穿脱出舱活动航天服以及进行通信联系。在气闸舱内的舱壁上装有放置出舱活动航天服的地方，此外，舱内还有航天服测试装置和补充消耗品的设备。对气闸舱重新加压可以由在中层甲板舱的航天员控制，也可以由在气闸舱内的航天员控制。通过安装在内舱门上的等压阀，可以使气闸舱与乘员舱内的压力相等。将气闸舱内大气排放到舱外的太空，气闸舱内即减压。两扇D形的气闸舱门都是朝轨道器乘员舱的方向开，由于乘员舱内的
15、压力作用，因此当舱门关闭时即可协助舱门的密封。每一扇舱门上有6个联动的插销和1个插销开关、1个观察窗、1个铰链(门枢)、1个开门器、2个等压阀，在舱门的两边还分别装有1个压差计。舱门上的观察窗直径为0.12米，供航天员观看舱内外情况。也就是说，通过两扇舱门上的观察窗，在气闸舱内的航天员可以观察到乘员舱和货舱的情况，在乘员舱和货舱内的航天员也可以观察到气闸舱内的情况。观察窗用双层透明的聚碳酸脂塑料板制成，用螺钉直接固定在舱门上。为防止漏气，观察窗采用双重压力密封，在舱门上设有密封槽。每扇气闸舱的舱门都采取双重压力密封方式，即在气闸舱的舱门上设一道密封，在气闸舱的结构上又设一道密封。在两道压力密封之间安装有一种发现漏气就能快速阻塞的装置，以保持气闸舱内的压力。舱门上的插销和开关可以让航天员在进出气闸舱时方便地打开和关闭舱门。这些插销和开关是安装在舱门的低压一边，但开关的操纵手柄在舱门的两边都装有，以便航天员从舱门的两边都可以操纵。在不进行出舱活动的时候，气闸舱内的空气循环系统保证舱内的空气流通。在发射时，气闸舱空气循环系统的导管是挂在气闸舱外的舱壁上。到轨道上以后，航天员通过内舱门上的开口将导管插进气闸舱。在导管的管头上有一个空气扩散罩，用来调节空气的流量，可以从零调节到97.2千克/h。当舱门关闭气闸舱准备减压时，应先将空气导管拔出来。在航天员
